粉煤灰在严寒地区水利工程中的应用浅析

郭淑婷（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐830000）

1 前言

新疆北部一流域是我国唯一流入北冰洋的河流，源出我国阿尔泰山西南坡，河流全长4256Km，流域面积162 万Km2；号称新疆第二大河流。

该流域上游水量充沛，落差集中，蕴藏着丰富的水能资源，计划在鄂木斯克以上修建12 个梯级电站，总装机440 万Kw，年发电量152 亿Kw·h。现在已修建3 座电站。另外还实施了500Km 的长距离供水水利工程。

笔者多年从事严寒地区水利工程材料质量管理工作，根据工作实际就粉煤灰在严寒地区水利工程中的应用研究，提出一些看法，以供参考。

2 粉煤灰在严寒地区水利工程中应用试验研究

2.1 粉煤灰

它是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末。按排放方式分为干排灰及湿排灰；按收集方法分为静电收尘灰及机械收尘灰。干排灰含水量小，活性降低较少，质量较好；静电收尘灰颗粒细，质量好（1）。我工程均采用静电收尘式干排灰。

2.2 原材料

原材料的质量对混凝土质量及混凝土板质量都有很大的影响。

①胶凝材料：水泥强度的波动将直接影响混凝土的强度。试验选用屯河牌32.5R 普通硅酸盐水泥，它是新疆名牌产品，质量信得过，性能稳定，其碱含量不超过0.6%。

②粗骨料：各级石子超逊径颗粒含量的变化将改变混凝土级配的改变，并影响混凝土拌合物的和易性。试验选用某料场小石：粒径5～20mm；超 径2.3%，逊 径4.1%，针 片 状 含 量8.4%，含泥量0.8%。

③细骨料：试验选用某料场砂细度模数3.0～3.1，含泥量2.1%。砂、石料的选用符合“水工混凝土施工规范”技术标准。

④掺合料：粉煤灰在混凝土中具有火山灰活性作用，它吸收氢氧化钙后生成碳酸钙凝胶，成为胶凝材料的一部分；微珠球状颗粒具有增大砂浆及混凝土流动性、减少泌水、改善混凝土和易性的作用；粉煤灰的水化反应很慢，它在混凝土中长期以固体颗粒形态存在，具有填充骨料空隙的作用，可提高混凝土密实性。试验选用独山子热电厂Ⅰ级粉煤灰，含水率不大于0.3%（标准值不大于1.0%）。

⑤拌合水：砂石骨料含水量的变化对混凝土的水灰比影响极大，粗细骨料含水量超标是混凝土产生毛细孔及细微裂缝的主要原因并会使混凝土强度、耐久性变差。

⑥外加剂：试验选用高星牌RH-2 高效早强减水剂，飞云牌AE 引气减水剂。外加剂掺量按1m3混凝土胶凝材料中的水泥+粉煤灰用量之和计算。RH-2 的掺量0.4%。AE 的掺量0.35/万（室内试验掺量）

工地实际掺用量为：RH-2 掺量不变；掺20%粉煤灰的混凝土AE 掺量0.49/万，掺25%粉煤灰的混凝土AE 掺量0.75/万。

2.3 试验结果

①混凝土抗压强度试验情况

工地现场从拌和机取样做了不同龄期抗压强度试验，见表1。

表1 混凝土抗压强度试验结果

同时对混凝土预制板做了回弹强度检验，测得掺25%粉煤灰混凝土板3 天回弹强度为15.5Mpa。试验结果表明，掺20～25%粉煤灰后完全可以满足设计标号要求。

②混凝土抗冻、抗渗试验情况

对掺用25%粉煤灰混凝土做了抗冻、抗渗试验，结果见表2。

掺用25%粉煤灰混凝土抗渗标号不仅满足W6 的设计标号而且超过设计标号，混凝土预制板的抗渗、抗冻性能均有提高。

表2 混凝土抗冻、抗渗试验结果

3 粉煤灰在严寒地区水利工程中的应用

工程所在地土壤含碱较高，碱是混凝土及混凝土制品的最大杀手。为抑制碱—硅酸盐活性骨料反应，提高混凝土及混凝土板的耐久性和使用寿命，考虑添加粉煤灰。粉煤灰是火力发电厂的工业废渣，是一种常用的掺合料，在混凝土中添加粉煤灰掺合料可以节约水泥，改善混凝土性能，使其成为高性能混凝土、绿色混凝土[1]。在十几年的水利工程建设中，我们对粉煤灰是逐步地了解认识、引入使用直到推广应用。本文以掺用粉煤灰生产混凝土板试验来阐述粉煤灰的作用。

3.1 工程所需粉煤灰的质量要求

根据《水工混凝土中掺用粉煤灰技术规范》DL/T5055-2007，工程所需粉煤灰等级及其品质指标见表3。

表3 粉煤灰的等级及其品质指标

根据本地区工程的特点：气候严寒，最低温度达-48℃，最高温度达40℃，昼夜温差大，同时气候干燥且风大。如此严酷的气候条件要求本地区的水工混凝土的强度、抗冻、抗渗等指标较高。要求选用C20 以上的混凝土强度等级，相应的均选用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰。

3.2 工程采用混凝土配合比

某工程用混凝土预制板设计标号为：抗压强度R28 为20MPa、抗渗标号W6、抗冻标号F200。掺20%粉煤灰使用1#混凝土配合比，掺25%粉煤灰使用2#混凝土配合比，其配合比各种材料用量见表4。

3.3 对混凝土拌和物的影响

经过试验观察，当掺20～25%粉煤灰后其混凝土拌和物的均匀性、粘聚性、和易性、泌水情况均有改善，优于不掺粉煤灰混凝土拌和物。见表5。

表4 混凝土配合比

表5 混凝土拌和物影响结果

3.4 对混凝土板收光摸面的影响

不掺粉煤灰普通混凝土预制板抹面收光通常要经三次：一次抹平，稍后二次收光，三次收光。掺用粉煤灰的混凝土由于增加了粘聚性，在抹平收光过程中较易收光，省时省力，改善了混凝土抹平收光的质量。

3.5 对混凝土板拆模和码放时间的影响

掺粉煤灰混凝土拆模时间随粉煤灰掺量增加略有减缓。在某料场10 月上旬气候条件下(白天气温10～20℃)尚能拆模两次。若在夏季炎热气候条件下施工掺用粉煤灰混凝土，因混凝土和易性和保水性能的提高，对其混凝土的质量震捣成型也将好于普通型。

拆模时间，掺20%粉煤灰预制混凝土板约需2.5～4 小时；掺25%粉煤灰预制混凝土板约需4～5 小时(当时气温为中午18～21 ℃，早晚13～17℃)。

码放混凝土预制板的时间必须在混凝土终凝且达到一定强度后才能进行，不掺粉煤灰混凝土大概需要36～40 小时，而掺用25%粉煤灰后需延迟约7～8 小时，因而增加占用场地时间，需要有足够的制板生产场地。

3.6 粉煤灰防止碱骨料反应

针对我工程所在地骨料中含有活性骨料并超过一定数量，必须采取相应的措施来防止碱骨料反应。除控制水泥含碱量，选用低碱水泥外，还应采用：

在水泥中掺入粉煤灰来抑制碱骨料反应的发生或减小其膨胀率。

采取防止外界水分渗入混凝土内部的措施，如混凝土表面防护等。

采用混凝土中掺入粉煤灰时与减水剂、引气剂等外加剂同时掺用的双掺技术。减水剂的掺入可以克服某些粉煤灰增大混凝土需水量的缺点，引气剂的掺用可以解决粉煤灰混凝土抗冻性较低的问题，在低温条件下施工时宜掺入早强剂或防冻剂。

4 结语

根据试验研究和在严寒地区水利工程的应用实践表明：

①掺用20～25%粉煤灰混凝土拌和物在和易性、粘聚性、收浆抹面等情况都有明显的改善。同时，采用掺25%粉煤灰混凝土可降低生产成本，按招标文件计算比不掺粉煤灰普通混凝土预制板每m3可节省13.63 元，按混凝土预制板总量30万m3计算就可节省投资400 万元以上。

②加强对粉煤灰混凝土的早期现场养护，保持湿润，避免混凝土板早期干燥、收缩裂缝，保证洒水覆盖养护不少于21 天。

③掺用粉煤灰后由于凝结时间和码放板时间的延缓，需要考虑有较大的制板场地。

④建议粉煤灰的供应商按实际拌和用量来包装，以便直接投料，避免造成环境污染。或与水泥厂家联系，粉煤灰在水泥厂掺入更能保证其混凝土的拌和质量。

⑤合理利用粉煤灰有利于保护环境，降低建筑业能耗，获得良好的社会效益和经济效益。

[1]《水工混凝土中掺用粉煤灰技术规范》DL/T5055-2007